Java中的常量:如何避免反模式

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这看起来非常好,但是这是一个典型反模式的例子。虽然使用接口来保存常量看起很有帮助,但是这给应用后期的扩展留下一个漏洞。

类加载器

使用接口,如:

接口与类加载的过程有不同,主要区别在于:

  • 当一个类在初始化时,要求其父类进行初始化。但是当一个接口在初始化时,并不要求其父接口全部都完成初始化,只有在真正使用到父接口的时候(如引用接口中定义的常量)才会初始化。

所有对于常量类,比较好的设计应该是:

类与类加载器

比较两个类是否”相等”,只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义。否则即使两个类是来源同一个class文件,只要加载它们的类加载器不同,那两个类就必定不相等。

这里的”相等“包括代表类的class对象的equals()方法,isAssignableFrom(),
isInstance()方法的返回结果,也包括了使用instanceof关键字做对象所属关系判定等情况。

/**
* 类加载器与instanceof关键字演示
* 
* @author zzm
*/
public class ClassLoaderTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        ClassLoader myLoader = new ClassLoader() {
            @Override
            public Class<?> loadClass(String name) throws   ClassNotFoundException {
            try {
                String fileName = name.substring(name.lastIndexOf(".") + 1) + ".class";
                InputStream is = getClass().getResourceAsStream(fileName);
                if (is == null) {
                    return super.loadClass(name);
                }
                byte[] b = new byte[is.available()];
                is.read(b);
                return defineClass(name, b, 0, b.length);
            } catch (IOException e) {
                throw new ClassNotFoundException(name);
            }
        }
    };

    Object obj = myLoader.loadClass("org.fenixsoft.classloading.ClassLoaderTest").newInstance();

    System.out.println(obj.getClass());
    System.out.println(obj instanceof org.fenixsoft.classloading.ClassLoaderTest);
}
}

运行结果:
class org.fenixsoft.classloading.ClassLoaderTest
false

虚拟机中存在两个ClassLoaderTest类,类加载器不同。

假设存在在一个类,紧密】依赖于这些常量。开发者在该类中写满了通过接口对常量的引用。如:

类加载的时机

类从被加载到虚拟机内存开始,到卸载出内存开始,生命周期包括七个阶段

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类加载工程

澳门新葡亰3522平台游戏,其中”验证“,”准备“,”解析“三个部分统称为连接(Linking)

对于初始化,虚拟机是严格规定了有且只有四种情况必须立即对类进行”初始化“

  • 1.遇到 new, getstatic, putstatic, 或invokestatic
    这4条字节码指令,如果没有初始化则先初始化。这4条指令对应的java代码场景是:

    • 使用 new 关键字实例化对象的时候
    • 读取或设置一个类的静态字段(被final修饰,已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外)
    • 调用一个类的静态方法的时候
  • 2.使用
    java.long.reflect包的方法对类进行反射调用,如果类没有初始化则先初始化

  • 3.当初始化类时,如发现父类没有初始化,则先初始化父类

  • 4.当虚拟机启动,用户需要指定一个执行的主类(包含main()方法的那个类),虚拟机会先初始化这个主类。

这四种场景称为对一个类进行主动引用。除此之外所有引用称为被动引用,都不会触发初始化。
下面的代码是被动引用的例子

package org.fenixsoft.classloading;

/**
* 被动使用类字段演示一:
* 通过子类引用父类的静态字段,不会导致子类初始化
**/
public class SuperClass {

    static {
        System.out.println("SuperClass init!");//会输出
    }

    public static int value = 123;
}

public class SubClass extends SuperClass {

    static {
        System.out.println("SubClass init!");//不会输出
    }
}

/**
* 非主动使用类字段演示
**/
public class NotInitialization {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(SubClass.value);
    }

}

上面代码只触发父类初始化,子类不会初始化。对于静态字段,只有直接定义这个字段的类才会被初始化。

package org.fenixsoft.classloading;

/**
* 被动使用类字段演示二:
* 通过数组定义来引用类,不会触发此类的初始化
**/
public class NotInitialization {

    public static void main(String[] args) {
        SuperClass[] sca = new SuperClass[10];
    }

}

上述代码没有输出”SuperClass
init!”.这段代码触发了名为”[Lorg.fenixsoft.classloading.SuperClass“的类的初始化,这不是合法的类名称,是由java虚拟机自动生成的,直接继承与Object的子类,创建动作由字节码指令newarray触发。

这个类代表了一个元素类型为”org.fenixsoft.classloading.SuperClass”的一维数组。

package org.fenixsoft.classloading;

/**
* 被动使用类字段演示三:
* 常量在编译阶段会存入调用类的常量池中,本质上没有直接引用到定义常量的类,因此不会触发定   义常量的类的初始化。
**/
public class ConstClass {

    static {
        System.out.println("ConstClass init!");//不会输出
    }

    public static final String HELLOWORLD = "hello world";
}

/**
* 非主动使用类字段演示
**/
public class NotInitialization {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(ConstClass.HELLOWORLD);
    }
}

上述代码没有输出”ConstClass init!“因为在编译阶段将此常量的值”hello
world”存储到NotInitialization类的常量池中了。对常量ConstClass.HELLOWORLD的引用转化成NotInitialization类对自身常量池的引用了。也就是说NotInitialization的class文件之中没有ConstClass类的符号引用入口,这两个类在编译成class之后就不存在任何联系了。

双亲委派模型

  • 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader):
    C++语言实现,是虚拟机自身的一部分。负责将存放在<JAVA_HOME>lib目录中的类库加载到虚拟机内存中。启动器类加载器无法被java程序直接引用。

  • 扩展类加载器(Extension ClassLoader):
    负责加载<JAVA_HOME>libext目录中的,或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的所有类库,开发者可直接使用扩展类加载器。

  • 应用程序类加载器(Application
    ClassLoader):由于这个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值,所以一般也称为系统类加载器。它负责加载用户类路径(ClassPath)上所指定的类库,开发者可直接使用这个类加载器。如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器,一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。

  • 自定义类加载器

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模型

  • 流程是当一个classlaoder尝试加载一个类时,它会先抛给父加载器,一层层的往上抛,抛到最上层启动类加载器。如果启动类加载器无法加载,这时会自上而下的抛给其他类加载器,直到可以加载为止

双亲委派模型的实现

protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)     throws ClassNotFoundException {
    //首先,检查请求的类是否已经被加载过了
    Class c = findLoadedClass(name);
    if (c == null){
        try{
            if (parent != null){
                c = parent.loadClass(name,false);
            }else {
                c = findBootstrapClassOrNull(name);
            }
        }catch(ClassNotFoundException e){
            //如果父类加载器抛出异常
            //说明父类加载器无法完成加载请求
        }
        if(c == null){
            //在父类加载器无法加载的时候
            //再调用本身的findClass方法来进行类加载
            c = findClass(name);
        }
    }
    if (resolve){
        resolveClass(c);
    }
    return c ; 
}

参考:

《深入理解java虚拟机》周志明 著

所以,为了“清理”这段代码,他可能想实现该接口,这样他就不需要到处写“packagename.Constants”,所有的常量可以直接访问。

package two;
public class Constants {
public static final String NAME="name1";
public static final int MAX_VAL=25;
}

同时,一个的简单测试显示,同样的接口(字节码文件)占用的空间是209个字节(ubuntu
14.04机器上),而类(字节码文件)占用的空间是366个字节(同样的操作系统)。更少的字节码文件意味着加载和维护的成本更低。此外,JVM
加载接口的时候,不需要担心类提供的额外特征(如重载、方法的动态绑定等),因此加载更快。

在应用中,我们往往需要一个常量文件,用于存储被多个地方引用的共享常量。在设计应用时,我也遇到了类似的情况,很多地方都需要各种各样的常量。

packagename.Constant.CONSTANT_NAME